第十二章生态系统的能量流动预案.ppt

一、生态系统中的初级生产 1、初级生产的基本概念 初级生产量或第一性生产量（primary production）： 植物所固定的太阳能或所制造的有机物质。 净初级生产量（net primary production） 总初级生产量（gross primary production） GP = NP + R 生产量：指单位时间单位面积上的有机物质生产量。 生物量：指在某一定时刻调查时单位面积上积存的有机物质，单位是克干重/m2或J/m2。 按Wittaker(1975)估计，全球陆地净初级生产总量为年产115×l09t干物质，海洋的为55×l09t干物质。海洋约占地球表面的2/3，但净初级生产量只占1/3。 Field等(1998)以卫星遥感资料为基础，估计了全球净初级生产力。其估计公式是： NP＝APAR×ε APAR为光合吸收活性辐射(absorbed photo-synthetically active solar radiation)， ε为平均光利用效率。他们的估计值是104.9×l015 g ，其中，海洋净初级生产力占46.2％(48.5×l014g)，陆地的占53.8％(56.4×l014g)。 我国陆地植被净初级生产力及其季节变化，根据遥感信息和地面气候资料的模型初步估计，年总净初级生产力约为2.645×109tC （孙睿、朱启疆，2000）。 生态系统的初级生产量，还随群落的演替而变化。 早期由于植物生物量很低，初级生产量不高; 一般森林在叶面积指数达到4时，净初级生产量最高;但当生态系统发育成熟或演替达到顶极时，虽然生物量接 近最大，系统由于保持在一动态平衡中，净生产量反而最小。 水体和陆地生态系统的生产量都有垂直变化。 如森林，一般乔木层最高，灌木层次之，草被层更低，而地下部分反映了同样情况。水体也有类似的规律，不过水面由于阳光直射，生产量不是最高，最高的是深数m左右，并随水的清晰度而变化。 3、初级生产的生产效率 4、初级生产量的限制因素 （1）陆地生态系统 （2）水域生态系统 光是影响水体初级生产力的最重要的因子。莱塞尔提出预测海洋初级生产力的公式： 其中：P为浮游植物的净初级生产力；R为相对光合率；k为光强度随水深度而减弱的衰变系数；C为水中的叶绿素含量。 海洋浮游植物的净初级生产力，取决于太阳的日总辐射量、水中的叶绿素含量和光强度随水深度而减弱的衰变系数。 决定淡水生态系统初级生产量的限制因素，主要是营养物质、光和食草动物的捕食。 5、初级生产量的测定方法 （1）收获量测定法 用于陆地生态系统。 定期收割植被，干燥到重量不变，然后以每年每平方米的干物质重量来表示。取样测定干物质的热当量，并将生物置换算为J／(m2·a)。为了使结果更精确，要在整个生长季中多次取样．并测定各个物种所占的比重。在应用时，有时只测定植物的地上部分，有时还测地下根的部分。 （2）氧气测定法 多用于水生生态系统，即黑白瓶法。用三个玻璃瓶，其中一个用黑胶布包上，再包以铅箔。从待测的水体深度取水，保留一瓶(初始瓶IB)以测定水中原来溶氧量。将另一对黑白瓶沉入取水样深度，经过24h或其他适宜时间，取出进行溶氧测定。根据初始瓶(IB)、黑瓶(DB)、白瓶(LB)溶氧量，即可求得： 净初级生产量＝LB-IB 呼吸量＝IB-DB 总初级生产量=LB-DB （3）CO2测定法 用塑料帐将群落的一部分罩住，测定进入和抽出的空气中CO2含量。如黑白瓶方法比较水中溶O2量，本方法也要用暗罩和透明罩，也可用夜间无光条件下的CO2增加量来估计呼吸量。测定空气中CO2含量的仪器是红外气体分析仪，或用经典的KOH吸收法。 （4）放射性标记物测定法 把放射性14C以碳酸盐(14CO3)的形式，放入含有自然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中经过短时间培养，滤出浮游植物，干燥后在计数器中测定放射活性，然后通过计算，确定光合作用固定的碳量。因为浮游植物在暗中也能吸收14C，因此还要用“暗呼吸”作校正。 （5）叶绿素测定法 通过薄膜将自然水进行过滤，然后用丙酮提取，将丙酮提出物在分光光度计中测量光吸收，再通过计算，化为每平方米含叶绿素多少克。叶绿素测定法最初应用于海洋和其他水体，较用14C和氧测定方法简便，花的时间也较少。 有很多新的测定技术正在发展，其中最著名的包括海岸区彩色扫描仪、先进的分辨率很高的辐射计、美国专题制图仪或欧洲斯波特卫星（SPOT)等遥感器的应用。我国己开始用彩色红外影像分析值来识别早期小麦长势(李天顺，1987)。 二、生态系统中的次级生产 1、次级生产过程 对一个动物种群来说，其能量收支情况可以用公式表示：C = A + F U 其中C